Escorrentía Diana Carolina Rueda Martín IQ, MSc. – Tecnología Ambiental.

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1 Escorrentía Diana Carolina Rueda Martín IQ, MSc. – Tecnología Ambiental

2 PORCENTAJE DE NOTAS 1)Primer Corte o Evaluación Parcial 1: 30%12/03/2018 -13/03/2018 i.Trabajos individuales y de grupo sustentado, quices. (40%) ii.Evaluación Parcial 1. (60%) 2)Segundo Corte o Evaluación Parcial 2: 30%23/04/2018 – 24/04/2018 i.Trabajos individuales y de grupo sustentado, quices. (40%) ii.Evaluación Parcial 2. (60%) 3)Tercer Corte o Evaluación Parcial 3: 40%28/05/2018- 29/05/2018 i.Trabajos individuales y de grupo sustentado, quices. (40%) ii.Evaluación Parcial 3. (60%) LAS FECHAS ESTAN SUJETAS AL GRUPO CORRESPONDIENTE

3 CONTENIDO PROGRAMÁTICO UNIDAD MODULAR 6.ESCORRENTÍA TEMAS Definición. Fuentes de los tipos de escorrentía. Factores que influyen en la escorrentía. Variables que caracterizan la escorrentía superficial. Hidrograma y sus partes. Análisis de hidrogramas. Separación de las componentes. Determinación del inicio de la curva de agotamiento. Medidas de caudales: Vertederos, Molinetes, Trazadores, Curvas elevación- caudal. Relación lluvia-escorrentía: Fórmula racional, Hidrograma unitario, Curva S.

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5 EVALUACIÓN PRELIMINAR DE LA CALIDAD DE LA ESCORRENTÍA PLUVIAL SOBRE TEJADOS PARA SU POSIBLE APROVECHAMIENTO EN ZONAS PERIURBANAS DE BOGOTÁ http://www.scielo.org.co/pdf/rudca/v14n1/v14n1a1 6.pdf

6 Las aguas de escorrentías o aguas pluviales son las aguas de lluvia (o la nieve derretida en otros lugares) que después de caer corren o fluyen por las calles, techos de los edificios o terreno y que podrían ser utilizadas para el cultivo y riego de jardines.

7 Fósforo y otros nutrientes que provocan el crecimiento excesivo de algas y plantas en los cuerpos de agua que interfieren con la vida acuática y afectan las actividades de natación, navegación y pesca. Microorganismos, como bacterias y virus, que vuelven inseguros los cuerpos de agua para beber, nadar y pescar. Sustancias químicas tóxicas que matan los peces o perjudican su salud, su crecimiento y capacidad de reproducción. Sedimentos que enturbian las aguas, bloquean la luz solar a las plantas y asfixian la vida que se desarrolla en el fondo de los cuerpos de agua.

8 Escorrentía Superficial o Directa Escorrentía Hipodérmica o Subsuperficial Escorrentía Subterránea

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10 La Escorrentía Superficial o Directa es la precipitación que no se infiltra en ningún momento y llega a la red de drenaje moviéndose sobre la superficie del terreno por la acción de la gravedad.

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12 Es el agua de precipitación que, habiéndose infiltrado en el suelo, se mueve subhorizontalmente por los horizontes superiores para reaparecer súbitamente al aire libre como manantial e incorporarse a microsurcos superficiales que la conducirán a la red de drenaje.

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14 Es la precipitación que se infiltra hasta el nivel freático, desde donde circula hasta alcanzar la red de drenaje. La Escorrentía Superficial es la más rápida de todas y la Escorrentía Subterránea la más lenta (del orden del m/h).

15 A parte de las tres formas referidas, la Escorrentía de un curso de agua está además constituida por la precipitación que cae directamente sobre su superficie de nivel, fracción que en la mayor parte de los casos reviste importancia muy escasa en relación con las otras aportaciones.

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17 Los componentes de la Escorrentía evolucionan según un ciclo que distingue cuatro fases en relación con el ritmo de las precipitaciones.

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23 Los factores meteorológicos fundamentales son las precipitaciones y la temperatura. La duración, intensidad, frecuencia, tipo y extensión de las precipitaciones tienen un papel muy importante. La temperatura es representativa de las pérdidas de evaporación.

24 Los factores geográficos son la localización geográfica de la cuenca y su morfología. La localización geográfica comprende la latitud, longitud y altitud. La morfología, las pendientes de la cuenca, la importancia de las superficies de agua libre, el perfil de los cursos de agua

25 Los factores hidrogeológicos comprenden fundamentalmente la permeabilidad de los terrenos y la profundidad de las capas freáticas.

26 Los factores biológicos comprenden fundamentalmente la cubierta vegetal y la acción humana.

27 ¿Cómo se calcula la escorrentía superficial, y a qué se le denomina entonces el coeficiente de escorrentía?

28 CÁLCULO DE LA ESCORRENTÍA El cálculo de la Escorrentía Superficial producida a partir de un aguacero viene condicionado por los factores antes descritos, de manera que lo que se calcula generalmente es el tanto por uno de la lluvia caída que se transforma en Escorrentía Superficial. Se denomina coeficiente de escorrentía a la proporción de precipitación que pasará a formar parte de la Escorrentía Superficial (lluvia neta) con respecto a la precipitación total.

29 El cálculo del coeficiente de escorrentía dependerá de los distintos factores obteniéndose experimentalmente expresiones y fórmulas, muchas de ellas figuran en tablas. También se puede calcular la Escorrentía de manera directa, sin calcular el coeficiente de escorrentía. A continuación se describen ambos métodos.

30 Estimación de la Escorrentía a partir de los datos de aforos Es un método bastante sencillo, el cual se basa en la hipótesis de que en la época estival el caudal de un río procede exclusivamente de la descarga que los acuíferos han realizado al mismo

31 El caudal aforado en un determinado punto del cauce de un río constituye la escorrentía total del área de recepción de la cuenca. Si consideramos que la escorrentía total está constituida exclusivamente por Escorrentía Superficial y Subterránea, incluyendo la Hipodérmica en una de ellas, para calcular la Escorrentía Superficial hay que sustraer del caudal aforado el valor mínimo aforado en la época estival del año hidrológico.

32 Estimación de la Escorrentía a partir de la determinación del coeficiente de escorrentía El coeficiente de escorrentía expresa la relación existente entre la Escorrentía Superficial o precipitación neta y la precipitación total. Una vez conocido este coeficiente, la Escorrentía se calcula multiplicando dicho valor por la precipitación total.

33 El coeficiente de escorrentía no es fijo, sino que varía con el tiempo y el espacio en una misma cuenca. Generalmente se adoptan valores medios del coeficiente. El coeficiente medio durante un intervalo de tiempo se define como el cociente entre la lluvia neta y la lluvia total caída durante dicho intervalo de tiempo: P n es la Escorrentía Superficial P es la precipitación total

34 Este coeficiente expresa el tanto por uno que representa la Escorrentía Superficial respecto a la lluvia total. El coeficiente de escorrentía en un determinado instante depende de factores tales como la evaporación, humedad inicial del suelo, intensidad y duración del aguacero, pendiente del terreno.

35 Para determinar el coeficiente de escorrentía existen varios métodos: Estimación a partir de tablas Estimación por comparación con otras cuencas cercanas y Estimación de manera directa.

36 Estimación a partir de tablas Este método se aplica cuando no se dispone de datos suficientes para determinar la lluvia neta. El coeficiente se determina en función de las características de la cuenca. En el caso de que las características de la cuenca difieran, es decir que la cuenca tenga, por ejemplo, varios tipos de suelos o vegetación, se realizará una media ponderada de los distintos coeficientes de escorrentía en función de las áreas que ocupen cada zona.

37 Tablas para el cálculo de C a) Tabla de Prevert

38 b) Fórmula de Nadal Nadal facilita la siguiente fórmula para el cálculo del coeficiente de escorrentía: donde K 1 = factor de la extensión de la cuenca. K 2 = factor de la lluvia media anual. K 3 = factor de la pendiente y de la permeabilidad del suelo.

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40 c) Fórmula de Keler Esta fórmula tiene por expresión: a, es un coeficiente que oscila entre 0.88 y 1. Para cuencas torrenciales se aconseja emplear el valor máximo. b, es un coeficiente que varía entre 350 y 460. En el caso de cuencas torrenciales debe emplearse el valor mínimo. P, es la precipitación anual o módulo pluviométrico.

41 Estimación por comparación con otras cuencas cercanas En caso de conocer coeficientes de escorrentía de cuencas de similares características hidroclimáticas y edafológicas se pueden extrapolar los coeficientes de escorrentía de estas cuencas para aplicarlos a la cuenca de interés.

42 Métodos directos del cálculo de la lluvia neta Existen métodos directos para el cálculo de la Escorrentía Superficial o Directa. Uno de ellos es el Método del Número de Curva, desarrollado por el Soil Conservation Service del departamento de Agricultura de los Estados Unidos, y que es el método más extendido y utilizado.

43 El método del Número de Curva se basa en dos hipótesis fundamentales: 1) La primera de ellas consiste en suponer que existe proporcionalidad entre la lluvia retenida real en el terreno con respecto a la máxima capacidad que el terreno puede retener (valor potencial) y la Escorrentía Superficial o lluvia neta con respecto a la máxima que se puede producir, que sería la propia precipitación total en el supuesto caso de que toda la lluvia pasase a formar parte de la Escorrentía Superficial.

44 P es la precipitación total F es la retención real S es la capacidad máxima de retención inicial P n es la Escorrentía Superficial o lluvia neta La capacidad máxima de retención inicial S es la retención potencial máxima del suelo y depende de la vegetación, de la pendiente y del tipo de suelo. Al ser F la retención real, en ausencia de Interceptación, será F = P - P n, por lo que

45 Si se tiene en cuenta la Interceptación I n, la ecuación quedaría:

46 2) Si además de la Interceptación, se tiene en cuenta las pérdidas debidas a la Detención Superficial y a la Infiltración, la lluvia susceptible de formar parte de la retención real del suelo cumplirá Donde: siendo V ds la Detención Superficial y I f la Infiltración. P 0 es lo que se denomina umbral de escorrentía o mínima cantidad de agua que tiene que llover para que se produzca Escorrentía Superficial.

47 El umbral de escorrentía engloba, en consecuencia, el agua interceptada, detenida superficialmente e infiltrada. La segunda hipótesis consiste en suponer que dicho umbral de escorrentía es: El umbral de escorrentía se ha evaluado como un 20% del total de la abstracción potencial después de haber realizado un estudio en distintas cuencas de Estados Unidos. Por todo ello la Ecuación queda:

48 Para la estimación de P 0 se utiliza el Número de Curva N. Empíricamente se ha llegado a relacionar el umbral de escorrentía P 0 con el Número de Curva mediante: donde N es el Número de Curva, que está tabulado dependiendo del tipo de suelo, vegetación, uso del suelo, características hidrodinámicas del suelo, pendiente,... El valor máximo de N es 100, lo que significa que el agua procedente de la lluvia ni se infiltra, ni es retenida (P 0 = 0) (P 0 en cm)

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51 Generalmente las cuencas se encuentran formadas por distintos tipos de suelo y vegetación, lo que implica que el valor de N no es único. Por ello, se calcula un valor característico para el conjunto de la cuenca realizando una media ponderada en función de la superficie que ocupa cada tipo de suelo y vegetación: donde N i y S i es el número y superficie correspondiente a la zona i, respectivamente, n es el número de zonas con características diferentes en que se divide la cuenca y S es la superficie total de la misma.

52 Cálculo de N Supongamos que una cuenca se caracteriza por tener dos tipos de suelos, el A y el C, y la vegetación se compone de bosque natural normal y praderas con pendientes inferiores al 1%, de tal forma que los porcentajes de superficie son los que se muestran en la tabla adjunta:

53 El valor de N ponderado se calculará a partir de los valores de N de la siguiente tabla:

54 El valor medio de N para toda la cuenca será: Cálculo de Umbral de escorrentía: Para el cálculo del umbral de escorrentía aplicaremos la expresión P 0 = 2,99 cm = 29,9 mm

55 Cálculo de la lluvia neta total en un aguacero Supongamos que se ha producido un aguacero comprendido entre el 11 y 17 de Noviembre de un año cualquiera, de tal forma que las precipitaciones producidas son las que se muestran en la tabla siguiente:

56 La cantidad total de lluvia caída será el valor acumulado: Como P acum > P 0 aplicando la ecuación se obtiene,

57 Cálculo de la lluvia neta diaria Para calcular la lluvia neta diaria se tendrá en cuenta los valores acumulados en cada momento de la precipitación. La unidad de tiempo es el día, por lo que la lluvia neta que se obtendrá es la diaria; si se dispusiese de datos horarios, se podría hallar la precipitación neta horaria aplicando la misma metodología que se va a utilizar en este ejemplo:

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59 Para el cálculo de la lluvia neta diaria se irá aplicando la precipitación acumulada de cada día en la fórmula con el mismo umbral de escorrentía, siempre y cuando se cumpla que P acum > P 0. En este caso, el primer día de aguacero no se genera escorrentía ya que la precipitación acumulada (20) producida en cada uno de esos días no superó los 29,9 mm del umbral de escorrentía. A partir del 12 ya se supera esa cifra (32 mm) por lo que empieza a generarse Escorrentía Superficial.

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61 TRABAJO GRUPAL – 2 PERSONAS TRABAJO SOBRE ESTADÍSTICA APLICADA A LA HIDROLOGÍA -Análisis probabilístico de la información hidrológica -Parámetros estadísticos -Análisis de frecuencias hidrológicas -Funciones de probabilidad más usadas en hidrología: Función Normal, Función Log-normal, Función Gamma, Función Gumbel.